技术论文初稿2016.12.16.docx

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1、受液柱静压力矩形截面容器的加强徐全德（江苏耕耘化学有限公司江苏省连云港222002）摘要：受内压的非圆形截面容器，器壁不仅承受薄膜应力，同时还承受弯曲应力。薄膜应力通过增大壁板厚度来满足设计及使用要求；而为满足弯曲应力，往往通过增设加强件来实现。受液柱静压力矩形截面的设计可参照NB/T47003.1-2009《钢制焊接常压容器（含标准释义）》；GB150-2011《压力容器》等规范性文献进行设计，同时也可以运用有限元分析软件进行设计。关键词：矩形截面容器组合惯性矩有限元分析圆形截面容器虽然较矩形截面容器有很多的优越性，同样

2、受内压的容器，圆形截面容器的筒体仅承受薄膜应力，而矩形截面容器的壁板不仅承受薄膜应力，同时还承受弯曲应力。在实际生产中有时由于生产工艺要求有时需要使用矩形截面容器。由于截面上所有部位的薄膜应力均相等，而最大弯曲应力只存在于截面的边缘处，在矩形容器设计时，为减小容器壁板的厚度，往往通过设置加强筋的方法来达到受力部件所需的强度和刚度。1加强方案的确定1.1已知条件内壁外形尺寸6600mm×2600mm×2210mm介质密度ρ1.45×10-3Kg/mm3操作温度60℃设计温度80℃重力加速度g9.81×103mm/s2装载系数

3、1底板及壁板材质Q235-B+橡胶壁板厚度δ110mm底板厚度δ214mm腐蚀裕量1mm注：为便于比较计算数据，在此取容器的装载系数为1.01.2加强方案确定由于该容器的高度仅为其长度的约1/3，若采用横向和纵向联合加固型，在建立模型时，纵、横向各承受一半的力，则在计算纵、横向加强筋所需的抗弯截面系数时两者相差较大，因此在此选用纵向加强方案，为保证容器刚度，在最后可象征性的增加横向加强筋。矩形截面容器的设计规范有GB150-2011《压力容器》，NB/T47003.1-2009《钢制焊接常压容器（含标准释义）》，《化工设备

4、设计全书之化工容器》等压力容器规范中只有横向加强的设计，现以其它两种文献分别进行设计比较。为减少文章篇幅，现仅就容器的长边加强进行计算，短边的加强可同理进行设计计算。2设计计算2.1方案一[1],[2]按NB/T47003.1-2009《钢制焊接常压容器（含标准释义）》并参照GB150-2011《压力容器》2.1.1顶边加固件的计算顶边加固件实际惯性矩应不小于IC,TIC,T=0.217ρgHC2LC3Et（式-1）式中：IC,T——顶边加固件所需惯性矩，mm4Hc——顶边加固件承受储液压力的高度，mm，取2210mmLc

5、——顶边加固件承受储液压力的宽度，mm，在此预取680mmEt——材料在设计温度下的弹性模量，Pa，查有关文献取197GPa因此顶边加固件最小惯性矩为：IC,T=0.217ρgHC2LC3Et=0.217×1.45×10-3×9.81×103×22102×6803197×109mm4=24062.56mm4=2.41cm4在此选用∠80×80×10座位顶部加强件，其方向惯性矩为88.43cm4。2.1.2加固柱的计算加固柱的最大间距通过下式进行计算：LP,max=0.408δw,eσtαPC（式-2）式中：LP,max——

6、加固柱最大间距，mmδw,e——壁板有效厚度，mm，在此取11mm[σ]t——设计温度下矩形板材料的许用应力，Pa，取126MPaα——系数，在此预选取加固柱间距为680mm，取0.059Pc——计算压力，Pa将上述数据代入式-2：LP,max=0.408δw,eσtαPC=0.408×11×126×1060.059×1.45×10-3×9.81×103×2210mm=1169.76mm为减小加强筋的型号，在此选取加强筋间距680mm。加固柱所需截面系数ZP按下式计算（按三角形荷载，两端简支算）ZP=LP0.0642ρgH

7、3σt-δw,e26（式-3）式中：H——加固件承受储液压力的高度，mm，取2210mm因此加固柱所需截面系数为：ZP=LP0.0642ρgH3σt-δw,e26=6800.0642×1.45×10-3×9.81×103×22103126×106-1126mm3=39483.68mm3=39cm3注：（式-3）在计算时忽略了材料所受的薄膜应力，因该设备为常压容器，液柱产生的薄膜应力较小，为0.03MPa。此外（式-3）只考虑加强筋与壁板简单的组合，壁板的加强宽度整合取为加固柱的间距。若按组合抗弯截面系数计算，则所需组合抗弯

8、截面系数为：ZP=0.0642LPρgH3σt（式-4）=0.0642×680×1.45×10-3×9.81×103×22103126×106mm3=53197.01mm3=53.20cm3壁板参与加强有效宽度Ls的计算计算组合惯性矩时，侧板起加强作用的有效宽度Ls按以下取值：2)按下式计算W：W=δ∙